CN107627840B - 用于工作车辆传动系统的变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于工作车辆传动系统的变速器。提供了包含变速器组件的高效率工作车辆传动系统。在一个实施方式中，该工作车辆传动系统包括发动机、变速器组件和辅助动力输出(PTO)轴，所述辅助PTO轴联接到所述发动机并且当被所述发动机驱动时能围绕主动力路径轴线旋转。所述变速器组件又包括变速器马达和变速器齿轮箱。所述变速器齿轮箱包含与所述变速器马达和所述辅助PTO轴联接的行星齿轮系统。所述行星齿轮系统能围绕基本上平行于所述主动力路径轴线并从所述主动力路径轴线偏移的行星轴线旋转。

Description

用于工作车辆传动系统的变速器
技术领域
本公开总体上涉及工作车辆，更具体地涉及包含变速器齿轮箱的高效率工作车辆传动系统。
背景技术
工作车辆可配备有设计成执行农业、林业、建筑、采矿及其它行业中有用的任务的专用工具或工作器具。当由旋转轴提供动力时，工作器具在本文中被称为“轴提供动力的器具”。具有轴提供动力的器具的工作车辆的示例包括棉花收割机和甘蔗收割机。这样的收割机可配备有前置安装的行单元，该前置安装的行单元包含当收割机行驶在田地上时拾取、剥离或以其它方式收集棉纤维的可移动的轴提供动力的部件。轴提供动力的器具可由诸如静液压驱动器之类的无级变速动力源驱动。静液压驱动器可包括静液压马达，该静液压马达经由辅助动力输出(PTO)轴机械地链接到轴提供动力的器具。通过改变静液压马达的输出速度，能控制轴提供动力的器具的速度。工作车辆的地面速度利用单独的传动系统进一步进行控制，该传动系统可包括经由多速传动装置链接到地面车轮(或轨道)的原动机(例如，内燃机)。由此，可通过改变发动机的输出速度或传动装置的齿轮比设定来选择车辆地面速度，同时独立地调节轴提供动力的器具的速度以优化器具性能。在棉花收割机的情况下，例如，能独立于收割机的地面速度变化来控制棉花剥离器或拾取器单元的速度以最大化棉纤维收集率。
发明内容
公开了包含变速器组件的高效率工作车辆传动系统的实施方式。
在一个实施方式中，该工作车辆传动系统包括发动机、变速器组件和辅助动力输出(PTO)轴，所述辅助PTO轴联接到所述发动机并且当被所述发动机驱动时能围绕主动力路径轴线旋转。所述变速器组件又包括变速器马达和变速器齿轮箱。所述变速器齿轮箱包含与所述变速器马达和所述辅助PTO轴联接的行星齿轮系统。所述行星齿轮系统能围绕基本上平行于所述主动力路径轴线并从所述主动力路径轴线偏移的行星轴线旋转。
进一步提供了变速器组件。在一个实施方式中，该变速器组件包括变速器马达和变速器齿轮箱。所述变速器齿轮箱包括齿轮箱壳体，所述变速器马达被安装至所述齿轮箱壳体。变速器输入轴在所述变速器齿轮箱壳体中延伸并且能相对于所述变速器齿轮箱壳体围绕主动力路径轴线旋转。行星齿轮系统被进一步配置在所述变速器齿轮箱壳体内，机械地联接到所述变速器马达和所述变速器输入轴，并且能围绕基本上平行于所述主动力路径轴线并从所述主动力路径轴线偏移的行星轴线旋转。在一个实施方式中，所述变速器马达可包括变速器马达输入/输出(I/O)轴，所述变速器马达I/O轴能围绕与所述行星轴线同轴的轴线旋转。另外或替代地，所述行星齿轮系统可包括：(i)齿圈，所述变速器输入轴经由所述齿圈机械地联接到所述行星齿轮系统；以及(ii)太阳齿轮，所述变速器马达经由所述太阳齿轮机械地联接到所述行星齿轮系统。在某些情况下，所述行星齿轮系统可进一步包括：(iii)一组行星齿轮，所述一组行星齿轮接合所述齿圈和所述太阳齿轮；以及(iv)齿轮架，所述齿轮架支撑所述一组行星齿轮并且用作所述行星齿轮系统的机械输出。所述变速器组件仍可进一步包括：可旋转输出构件，所述可旋转输出构件能围绕所述主动力路径轴线旋转；以及联接器齿轮，所述联接器齿轮能围绕所述行星轴线旋转并且将所述齿轮架机械地联接到所述可旋转输出构件。
仍进一步提供了变速器齿轮箱的实施方式。在一个实施方式中，该变速器齿轮箱包括：齿轮箱壳体；变速器输入轴，所述变速器输入轴在所述变速器齿轮箱壳体中延伸并且能相对于所述变速器齿轮箱壳体围绕主动力路径轴线旋转；以及行星齿轮系统，所述行星齿轮系统被配置在所述变速器齿轮箱壳体内。所述行星齿轮系统能围绕基本上平行于所述主动力路径轴线并从所述主动力路径轴线偏移的行星轴线旋转。在一个实施方案中，所述行星齿轮系统包括齿圈，所述变速器输入轴经由所述齿圈机械地联接到所述行星齿轮系统。
在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求书，其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
本公开的至少一个示例将在下文中结合以下附图描述，其中相同的附图标记表示相同的要素，并且：
图1是如根据本公开的一个示例实施方式说明的包括双输出工作车辆传动系统的示例工作车辆(具体地，示例棉花剥离器)的侧视图；
图2是说明包括在图1所示的工作车辆中的双输出工作车辆传动系统的第一示例构造的示意图；
图3是地面速度(横坐标)相对于旋转轴速度(纵坐标)的图表，说明了双输出工作车辆传动系统可在一个实施方式中的工作车辆的地面速度范围内提供非步进或无级变速动力输出的一种方式；
图4是说明包括在图1所示的工作车辆中的双输出工作车辆传动系统的第二示例构造的示意图；
图5是如根据本公开的另一示例实施方式说明的分离动力路径变速器齿轮箱、变速器以及可包括在图2和图4所示的双输出工作车辆传动系统的实施方式中的多速传动装置的等距视图；以及
图6和图7分别是图5中示出且包含能围绕平行于主动力路径轴线并从主动力路径轴线偏移的行星轴线旋转的行星齿轮系统的示例分离动力路径变速器齿轮箱的后视等距图和剖视图。
具体实施方式
下文描述了如上文简要描述的附图所示的所公开的工作车辆传动系统和变速器组件的一个或多个示例实施方式。本领域技术人员可想到对示例实施方式的各种修改。
如上文简要描述的，某些工作车辆配备有通过静液压驱动器经由辅助动力输出(PTO)轴提供动力的专用器具。工作车辆的地面速度可由包括原动机(例如，内燃机)和多速传动装置的单独的传动系统控制。这样的“双输出”传动系统以实现器具相对于车辆地面速度的独立速度选择的方式为轴提供动力的器具和工作车辆地面车轮提供单独的动力输出。尽管有该优点，但是这种类型的双输出工作车辆传动系统可能在某些方面受限。例如，这样的双输出工作车辆传动系统可能需要相对较大的静液压驱动器来满足轴提供动力的器具的动力需求。因为静液压驱动器往往是相对低效的装置，对相对较大的静液压驱动器的依赖可能在一些情况下显著地降低工作车辆整体效率。另外，较大的静液压驱动器部件(例如，相当大的静液压泵、高动力输出的静液压马达、关联的管道，等)可能会给工作车辆传动系统增添非期望的成本、重量和体积。传统的双输出工作车辆传动系统可能仅依赖于发动机输出速度的变化和多速传动装置的齿轮比设定的变化，以实现车辆地面速度的期望调节。因此，这样的工作车辆传动系统可在工作车辆的工作地面速度范围内仅提供步进速度选择(而不是非步进或无级速度选择)。
下文描述了非常适合用在配备有轴提供动力的器具的工作车辆内的高效双输出工作车辆传动系统的实施方式。如术语“双输出”指示的，工作车辆传动系统包括至少两个机械输出：(i)推进工作车辆的地面车轮输出；以及(ii)驱动轴提供动力的器具的辅助PTO轴。除这些机械输出之外，双输出工作车辆传动系统还包括原动机和变速器马达。与上述类型的工作车辆传动系统相比，利用原动机来驱动辅助PTO轴和轴提供动力的器具的旋转，同时向工作车辆的地面车轮进一步提供基线动力输出。变速器马达同样对地面车轮输出提供受控动力输出，以在工作车辆的至少一部分地面速度范围内进一步驱动地面车轮。这样的布置允许变速器马达(例如，静液压驱动马达、电马达或另一无级变速动力源)的大小和动力要求与前述类型的相对较大的静液压驱动器相比有所降低。因而提高了工作车辆传动系统的整体效率。此外，在双输出工作车辆传动系统的某些实施方式中，可控制变速器马达以补偿或线性化由多速传动装置提供的步进齿轮比设定。以这种方式，能提供非步进或无级变速动力输出以在工作车辆的至少大部分工作地面速度范围内且可能在工作车辆的基本整个工作地面速度范围内为地面车轮提供动力。另外，这样的控制方案可允许原动机在基本整个工作地面速度范围内以基本恒定的输出速度操作以进一步提高工作车辆效率。
双输出工作车辆传动系统的实施方式包括借此将变速器马达机械地链接到工作车辆传动系统的地面车轮输出的专用齿轮箱(在本文中被称为“变速器齿轮箱”)。在传动系统操作期间，变速器齿轮箱将变速器马达的动力输出(POVM)与原动机的一部分动力输出(PO％PM)相加并且将该相加的动力(POVM+PO％PM)施加到齿轮箱的机械输出(在下文中被称为“主齿轮箱输出”)。变速器齿轮箱还可允许在某些操作条件下(诸如在多速传动装置的选定齿轮比设定的初始速度范围内)反向驱动变速器马达。变速器齿轮箱可包含任何数量的部件、部件类型和适于执行这样的功能的传动构造。然而，可能特别有利的是将至少一个行星齿轮系统集成或整合到变速器齿轮箱中。例如，在一个实施方式中，变速器齿轮箱可包含能围绕行星轴线旋转的行星齿轮系统，行星轴线与主动力路径轴线平行但偏移，变速器输入轴和辅助PTO轴围绕所述主动力路径轴线旋转。这样的齿轮箱构造(下文中被称为“分离动力路径变速器齿轮箱”)有用地提供相对简单的结构坚固的机构，用以选择性地允许当向前驱动时来自变速器马达的附加动力流动以及当反向驱动时朝向变速器马达的再生动力流动。下面结合图5至图7更全面地描述这样的分离动力路径变速器齿轮箱的示例。然而，首先，结合图1至图4描述双输出工作车辆传动系统的实施方式以提供可更好地理解分离动力路径变速器齿轮箱的说明性背景。虽然下面主要结合特定类型的工作车辆(收割机)进行了描述，但是将认识到，可结合各种其它类型的配备有轴提供动力的器具的工作车辆利用分离动力路径变速器齿轮箱以及更一般的双输出工作车辆传动系统的实施方式。
图1是如根据本公开的一个示例实施方式说明的包含双输出工作车辆传动系统12的棉花收割机10的侧视图。在该特定示例中，棉花收割机10被描绘为棉花剥离器，但在替代实施方案中可容易地采用棉花拾取器或甘蔗收割机的形式。棉花收割机10包括轮式底盘14、可旋转地安装至底盘14的多个接地车轮16以及由底盘14的前部支撑的操作者舱室18。棉花收割机10还包括一个或多个轴提供动力的器具，具体地包括一排剥离器单元20，用以当棉花收割机10在棉田24上行驶时收集棉纤维。这一排剥离器单元20通过控制臂组件22安装至底盘14的前部。虽然仅能在图1的侧视图中看到单个剥离器单元20，但是棉花收割机10将通常包括以横向延伸的并排关系布置的多个(例如，6到8个)剥离器单元。各个剥离器单元各包括设计成从棉花植株收集棉纤维的可移动部件(例如，旋转螺旋钻或振荡叶片)。当棉花收割机10横过棉田24行驶并且剥离器单元20聚集棉纤维时，未图示的传送系统(例如，加压空气系统)将棉纤维输送到安装至底盘14的模块构建器26中。在纤维从模块构建器26的前部28向后部30前进时，聚集的棉纤维被捆扎成柱形捆或“棉花模块”。然后，棉花模块经由模块构建器26的后部30中的开口排出以便进行随后的收集和运输。
如上文指示的，可期望相对于棉花收割机10的地面速度独立地控制剥离器单元20的操作速度。例如，在一个控制方案或操作模式中，以基本恒定的速度驱动剥离器单元20，同时由操作者利用位于操作者舱室18内的控制器选择性地调节棉花收割机10的地面速度。在其它控制方案或操作模式中，剥离器单元20的速度可在工作车辆的操作期间响应于操作者输入命令、工作车辆地面速度的变化、棉花收割机10的操作参数的变化、环境条件的变化以及其它这样的因素而变化。双输出工作车辆传动系统12提供了这样的高效机构，其为棉花收割机10的剥离器单元20和地面车轮16两者提供动力，同时进一步支持剥离器单元20相对于收割机地面速度的独立速度选择。作为额外的好处，双输出工作车辆传动系统12的实施方式在棉花收割机10的至少大部分地面速度范围内且可能在棉花收割机10的基本整个地面速度范围内提供非步进或无级变速地面速度选择。现在将结合图2至图4讨论双输出工作车辆传动系统12能够提供这样的有益特征的一种方式。
前进到图2，更详细地示意性说明双输出工作车辆传动系统12的一个示例实施方式。能看出，工作车辆传动系统12包括原动机(诸如发动机32)和变速器组件或系统36。原动机将常常采用内燃机的形式，但可以是任何马达、发动机或者适于将储存的能量(例如，采取液体燃料的形式)转换成轴的旋转的装置。发动机32的机械输出借助旋转机械连接件34联接到变速器组件36的第一机械输入。具体地，变速器组件36包含变速器齿轮箱38，并且旋转机械连接件34将旋转运动传递到变速器齿轮箱38的第一机械输入。如图2中示意性说明的，旋转机械连接件34可代表发动机32的输出轴、变速器组件36的输入轴和/或适于将旋转运动从发动机32的机械输出传递到变速器组件36的机械输入的任何数量的中间部件。
双输出工作车辆传动系统12进一步包含从变速器齿轮箱38延伸的辅助PTO轴40。辅助PTO轴40机械地联接到发动机32的机械输出。在一个实施方式中，发动机32的输出轴可以抗旋转的关系机械地链接到辅助PTO轴40。例如，发动机32的输出轴与辅助PTO轴40之间的机械联接件可以是位于变速器齿轮箱38内的花键联接件，如下面结合图5至图6更全面地描述。在这种情况下，发动机32的输出轴和辅助PTO轴40以1：1的关系旋转。在其它实施方式中，发动机输出轴和辅助PTO轴40可一体地形成为单个件。替代地，发动机输出轴和辅助PTO轴40可经由传动或另一旋转联接件进行链接，这样的发动机输出轴和辅助PTO轴40以除1：1关系之外的固定比例关系旋转。如图2的右下角指示的，辅助PTO轴40用作双输出工作车辆传动系统12的最终机械输出，其激励工作车辆的轴提供动力的器具。辅助PTO轴40能利用任何合适的机械联接件或布置机械地链接到工作车辆的轴提供动力的器具，诸如图1所示的棉花收割机10的剥离器单元20。
除变速器齿轮箱38之外，变速器组件36进一步包括变速器马达42。变速器马达42可以是任何无级变速动力源，包括但不限于电马达或静液压驱动马达。旋转机械连接件44将变速器马达42机械地链接到变速器齿轮箱38。旋转机械连接件44可由以下要素提供：从变速器马达42突出的变速器马达轴；从变速器齿轮箱38突出的轴；和/或适于在变速器马达42的相应机械输入和输出与变速器齿轮箱38之间传递旋转运动的任何数量的中间部件。在某些实施方式中，变速器马达42可基于双输出工作车辆传动系统12的操作条件而能够经由变速器齿轮箱38向前驱动或反向驱动。在其中变速器马达42能向前驱动或反向驱动的实施方式中，变速器马达可视为包括“变速器马达输入/输出(I/O)轴”，而变速器齿轮箱38可视为包括与变速器马达I/O轴机械地联接的机械I/O。如下面更全面描述的，在某些再生控制方案中，这样的布置允许由发动机32供应的过量动力被变速器马达42(及其它关联装置)吸收。以下描述尽管如此，但是在所有实施方式中，变速器马达42不需要接受反向驱动工作车辆传动系统12。
在工作车辆传动系统12的操作期间，变速器齿轮箱38起作用以将变速器马达42的动力输出(POVM)与从旋转机械连接件34抽出的发动机32的一部分动力输出(PO％PM)相加。变速器马达的动力输出(POVM)可被认为当变速器马达42向前驱动时是正的并且当变速器马达42反向驱动时是负的。然后，变速器齿轮箱38经由旋转机械连接件46将该相加的动力(POVM+PO％PM)施加到多速(例如，动力换挡)传动装置48。旋转机械连接件46可实现为如下形式：变速器齿轮箱输出(例如，旋转轴、适配器件或变速器齿轮箱38的其它机械输出)、传动装置输入轴和/或任何数量的中间部件或装置。当经由旋转机械连接件46驱动时，多速传动装置48将主齿轮箱输出的旋转转换为传动装置输出轴50的旋转。在说明的示例中，传动装置输出轴50用作工作车辆传动系统12的最终地面车轮输出。因此，传动装置输出轴50经由附加机械连接件或装置(为避免不必要的混淆附图，图2未示出)进一步机械地链接到工作车辆的地面车轮。
继续参照图2，双输出工作车辆传动系统12进一步包括至少一个控制器52。如控制线54示意性表示的，控制器52以使控制器52能够将命令信号传递到这些部件或装置和/或从这些部件或装置接收(例如，传感器)信号以支持工作车辆传动系统12的操作的方式可操作地联接到发动机32、变速器马达42和传动装置48。控制线54可表示硬线或有线连接件、无线信号连接件或其组合。虽然在图2中示意性地图示为单个块，但是控制器52可包括或采用任何电子装置、子系统或适于执行本文中描述的处理和控制功能的装置的组合的形式。在这方面，控制器52可利用任何合适数量的各个微处理器、存储器、电源、存储装置、接口卡以及本领域公知的其它标准部件来实施。另外，控制器52可包括或配合设计成执行本文中描述的各种方法、处理任务、计算和控制功能的任何数量的软件程序或指令。控制器52可进一步包括或结合包含任何数量的易失性和/或非易失性存储器元件的存储器。
在工作车辆传动系统12的操作期间，控制器52命令变速器马达42修改变速器马达I/O轴的旋转速度。控制器52修改变速器马达42的输出速度以使传动装置输出轴50以向地面车轮提供期望输出动力的速度旋转，因此修改工作车辆的期望地面速度。控制器52还可调节发动机32的速度，或者发动机速度可由单独的发动机控制器控制。控制器52可修改变速器马达42的速度作为发动机输出速度、多速传动装置48的当前齿轮比设定以及适当的其它操作参数的函数，以实现传动装置输出轴50处的期望旋转速度。在一个实施方式中，并且仅借助非限制性示例，控制器52改变变速器马达42的速度以使多速传动装置48的步进齿轮比设定线性化或者更非正式地“平滑”，从而产生传动装置输出轴50处的无级变速动力输出。换句话说，当多速传动装置48在连续的齿轮比设定之间转换时，控制器52改变变速器马达42的速度以降低(并有效地消除)地面车轮输出的步进速度变化。通过利用控制器52执行这样的控制方案，尽管在工作车辆传动系统12内包括多速传动装置48，仍能横跨工作车辆(例如，图1所示的棉花收割机10)的工作地面速度范围提供无级地面速度选择。现在将结合图3更详细地描述这样的控制方案的非限制性示例。
图3是说明能由双输出工作车辆传动系统12的控制器52(图2)执行的控制方案的本公开另一示例实施方式的图表56。沿着图表56的横坐标或水平轴线绘制增加的工作车辆地面速度，同时沿着其纵坐标或垂直轴线绘制增加的轴速度。几条轨迹或特征被绘制在图表56上。如图3的上部中呈现的键框58中所标示的，这些轨迹或特征包括：(i)发动机输出速度特性；(ii)变速器马达速度特性；(iii)变速器齿轮箱输出速度特性(还代表图2至图3的实施方式中的传动装置输入速度)；以及(iv)传动装置输出速度特性(还代表图2至图3的实施方式中的最终地面车轮动力输出)。如键框58中进一步识别的，覆盖到图表56上的阶梯线表示多速传动装置48的离散齿轮比设定。在该特定示例中，多速传动装置48是包括十八个齿轮比设定(识别为“F1-F18”)的动力换挡传动装置。在其它实施方式中，由传动装置48提供的齿轮比设定的数量和齿轮比设定的相对特性可改变。最终，横过图表中部延伸的垂直虚线表示零速线。在零速线以下，变速器马达速度特性的出现表示变速器马达42的反向驱动(图2)以及工作车辆传动系统的再生操作。
如图3所示的图表56中表达的，传动装置输出速度特性由具有正斜率(在图表化车辆地面速度范围内是基本恒定的)的线性轨迹表示。传动装置输出速度特性以相对逐渐或非步进的方式从最小轴速度(识别为“SSMIN”；近似为零)前进到最大轴速度(识别为“SSMAX”)，取为对应于工作车辆的向前运动的第一旋转方向。因此，在针对SSMIN与SSMAX之间的传动装置输出速度的速度选择上提供非步进或无级变速动力输出。因为传动装置输出速度对应于图2至图3的实施方式中的主齿轮箱输出的速度，所以同样在工作车辆的地面速度范围内提供非步进或无级变速动力输出。在图3的示例中，工作车辆的地面速度范围是从最小地面速度(识别为“GSMIN”)到最大地面速度(识别为“GSMAX”)，不包括任何反向齿轮设定。在一个实施方式中，工作车辆的地面速度范围是0至20英里每小时(MPH)，使得GSMIN＝0MPH，而GSMAX＝20MPH。在其它实施方式中，工作车辆的地面速度范围可大于或小于前述范围。
尽管多速传动装置48具有离散的步进齿轮比设定，仍实现了传动装置输出轴50(图1)处提供的无级变速动力输出。这部分归因于变速器齿轮箱38施加到多速传动装置48(图2)的方式，变速器马达42的动力输出与发动机32的一部分动力输出相加。另外，根据图3中图解地示出的示例控制方案，控制器52以补偿且有效地线性化传动装置48的步进速度输出的方式调制变速器马达42的速度。这可以通过在工作车辆的工作地面速度范围内相对于变速器马达输出速度与多速传动装置48的步进齿轮比设定F2-F18之间的关系比较而认识。能看出，变速器马达42首先在各齿轮比设定F2-F18的初始部分(较低地面速度范围)上接受反向驱动。当以这种方式反向驱动时，变速器马达42(及其它关联部件)有利地构造成经由旋转机械连接件34(图2)吸收从发动机32抽出的过量动力输出(PO％PM)，以允许传动系统暂时在再生状态下操作。在这方面，变速器马达42(及其它关联部件)可将传递给马达42的旋转运动转换成电能，然后储存或随后利用电能来优化工作车辆传动系统12的效率。当工作车辆地面速度朝着各齿轮比设定F2-F18的后一部分(较高的地面速度范围)增加时，控制器52(图2)控制变速器马达42逐渐增加或“斜升”变速器马达I/O轴的输出速度。因此，在工作车辆传动系统12的操作范围内产生基本线性的无级变速动力输出。
在工作车辆传动系统12的某些实施方式中，发动机32可在工作车辆的大部分地面速度范围内提供基本恒定的速度输出。在这方面，并且如图表56(图3)中进一步指示的，能控制发动机32在从第一相对较低地面速度(在图3中识别为“GS1”)到第二较高速度(相当于图3中的GSMAX)的基本整个工作地面速度范围内提供基本恒定的输出速度。在一个实施方式中，并且仅借助非限制性示例，GS1可约为1MPH。在车辆地面速度超过GS1时，可通过按前述方式相对于多速传动装置48的齿轮比设定(F2-F18)来控制变速器马达42而创建地面车轮输出特性的线性属性。相反，在低于GS1的地面速度下，传动装置48保持在单个齿轮比设定(F1)下，并且简单地通过改变发动机32(图2)的输出速度(由发动机输出速度特性的初始段60指示)而实现地面车轮输出特性的线性属性。变速器马达42可在该初始地面速度范围(GSMIN到GS1)期间提供基本恒定的动力输出。在其它实施方式中，可利用双输出工作车辆传动系统12(图2)实施不同的控制方案，使得可在工作车辆的更大或更小部分的工作地面速度范围内调制变速器马达42的输出速度。
通过在工作车辆的大部分工作地面速度范围内且可能在工作车辆的基本整个工作地面速度范围内将发动机输出速度维持在基本恒定的速度，能增强双输出工作车辆传动系统12的效率，同时降低控制方案复杂性。在其它实施方式中，发动机速度可能不会横跨工作车辆的工作地面速度范围保持基本恒定。在任一情况下，变速器马达42仅需要提供相对适中的动力贡献，适当地在工作车辆的大部分地面速度范围内将传动装置48的步进齿轮比转化为基本线性的无级变速动力输出。置于变速器马达42上的操作要求(例如，动力需求)由此被最小化，允许减少变速器马达的大小、重量和低效率贡献。由此，甚至当采用静液压驱动马达的形式时，与双输出工作车辆传动系统内使用的传统类型的相对较大的静液压驱动马达相比，变速器马达的大小能最小化。因而提高了双输出工作车辆传动系统12的效率，同时降低了传动系统12的成本、大小和复杂性。前述示例尽管如此，但是变速器马达42的输出速度可在工作车辆传动系统12的其它实施方式中以不同的方式控制。例如，在替代实施方式中，变速器马达42的输出速度可被控制，使得工作车辆传动系统12的地面车轮动力输出在工作车辆的仅一部分工作地面速度范围内线性化。
由此描述了非常适合整合到配备有轴提供动力的器具的工作车辆(诸如棉花收割机和甘蔗收割机)中的高效双输出工作车辆传动系统的一个示例实施方式。仅借助非限制性示例来提供上述双输出工作车辆传动系统。能在不脱离如随附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下对工作车辆传动系统作出各种修改。例如，在图2所示的工作车辆传动系统12的实施方式中，变速器齿轮箱38被机械定位在多速传动装置48的上游；然而，在所有实施方式中不需要这样。相反，在其它实施方式中，变速器齿轮箱可机械定位在多级传动装置的下游。在这种情况下，主齿轮箱输出(而不是多速传动装置的输出轴)可用作工作车辆传动系统的最终地面车轮输出。现在将在下面结合图4更全面地描述工作车辆传动系统的这样的替代实施方案的示例。
图4示意性地说明了根据本公开的另一示例实施方式描绘的双输出工作车辆传动系统12`。双输出工作车辆传动系统12`类似于图2所示的双输出工作车辆传动系统12；由此，利用相同的附图标记来表示相同的结构特征或装置，但添加撇(`)符号来指示这样的特征或装置可能在某些程度上有改变。如前所述，工作车辆传动系统12`包括变速器组件36`，变速器组件36`包含变速器齿轮箱38`、变速器马达42`和将变速器齿轮箱38`机械地链接到变速器马达42`的I/O轴的旋转机械连接件44`。辅助PTO轴40`从变速器齿轮箱38`突出并且用作双输出工作车辆传动系统12`的第一机械输出来驱动轴提供动力的器具。再次，变速器齿轮箱38`与发动机32`和多速传动装置48`机械地串联联接。然而，在该特定示例中，变速器齿轮箱38`被机械定位在多速传动装置48`的下游。具体地，变速器齿轮箱38`通过使机械连接件旋转而机械地链接到多速传动装置48`，该机械连接件可代表传动装置48`的输出轴、变速器齿轮箱38`的输入轴和/或任何数量的中间部件或连接件。另外，变速器齿轮箱38`的输出轴(而不是传动装置48的输出轴)现在用作工作车辆传动系统12`的最终主齿轮箱输出。尽管有这些差异，但是如果需要的话，变速器马达42`的输出速度仍能以与上文结合图3的描述实质相同的方式进行控制(例如，通过从控制器52`发出适当的命令)。特别是，能控制变速器马达42`的输出速度以将多速传动装置48`的离散的步进齿轮比设定转化为非步进的无级变速动力输出(适用于主齿轮箱输出46`)来驱动工作车辆地面车轮。
已提供高效工作车辆传动系统的多个示例实施方式，其实现了工作车辆(例如，在无限可选的地面速度范围内)相对于由工作车辆承载的一个或多个轴提供动力的器具的速度的独立地面速度选择。在上述各示例实施方式中，工作车辆传动系统使用变速器齿轮箱将变速器马达的动力输出与原动机(例如，内燃机)的一部分动力输出机械相加，然后将该相加的动力施加到齿轮箱的输出轴。如前所述，变速器齿轮箱可采用各种不同的形式并且包含适于执行这样的功能的各种传动组合。然而，某些好处可通过以下方式实现：使用所谓的“分离动力路径变速器齿轮箱”；即，变速器齿轮箱包含能围绕与使变速器输入轴和辅助PTO轴旋转所围绕的主动力路径轴线平行但偏移的行星轴线旋转的行星齿轮系统。现在将结合图5至图7描述这样的分离动力路径变速器齿轮箱的示例。
图5、图6和图7分别是如根据本公开的另一示例实施方式说明的分离动力路径变速器齿轮箱62的正视等距图、后视等距图和剖视图。分离动力路径变速器齿轮箱62非常适合用作上文结合图2描述的工作车辆传动系统12的变速器齿轮箱38并且将因此在下文偶尔参考工作车辆传动系统12进行描述。尽管如此，但是将认识到，以下描述仅借助非限制性示例来提供，并且分离动力路径变速器齿轮箱62可用在其它类型的双输出工作车辆传动系统内。共同地参照图5至图7，分离动力路径变速器齿轮箱62包括由主壳体件66和后盖68组装而成的变速器齿轮箱壳体64。主壳体件66包含当抵靠主壳体件66定位时会被后盖68封闭的内腔室或空腔70(在图7中被识别)。后盖68可利用紧固件(例如，螺栓)或者以出于组装和维修的目的允许后盖68被移除而进出内空腔70的另一方式附接至主壳体件66。在其它实施方式中，变速器齿轮箱壳体64可具有不同的形成因子、零件数量和构建，提供的壳体64适于包含并支撑分离动力路径变速器齿轮箱62的内部部件。
当分离动力路径变速器齿轮箱62被装设在工作车辆传动系统内时，变速器齿轮箱壳体64可安装至多速传动装置的壳体。这样的安装布置的示例被示出在图5中，其中变速器齿轮箱壳体64被固装至多速传动装置72(可对应于图2所示的多速传动装置48)的壳体。另外，变速器马达74(例如，对应于图2的变速器马达42)可安装至变速器齿轮箱壳体64，与多速传动装置72相对。各种其它机械、电气或流体连接件也可设置到分离动力路径变速器齿轮箱62、多速传动装置48和变速器马达74(为了清楚起见在图5至图7中未示出)。例如，未图示的润滑剂供应管线可连接到从后盖68突出的配合接收特征76，以允许润滑剂(例如，油)流入内空腔70并在包含于其中的旋转部件上流动。在分离动力路径变速器齿轮箱62的操作期间，润滑剂可集中于保持在内空腔70的底部中的贮槽中并且经由设置在变速器齿轮箱壳体64中的下开口78抽出以随后通过传动系统润滑剂系统再循环到变速器齿轮箱62。
如图7最清楚地示出的，行星齿轮系统80被包含在变速器齿轮箱壳体64内。行星齿轮系统80包括以下部件：(i)太阳齿轮82；(ii)一组行星齿轮84；(iii)齿轮架86；以及(iv)齿圈88。行星齿轮84被齿轮架86支撑并且绕着太阳齿轮82成角度地定位。太阳齿轮82与行星齿轮84接合或啮合，行星齿轮84进一步与齿圈88的齿内周接合或啮合。行星齿轮系统80能围绕行星轴线90旋转。行星齿轮系统80可被多个滚动元件轴承支撑以方便齿轮系统80围绕行星轴线90旋转。在说明的示例中，多个滚动元件(例如，滚子)轴承116支撑管状延伸部92，管状延伸部92固定地联接到齿圈88并且从齿圈88朝着变速器马达74延伸。管状延伸部92和齿圈88能一体地形成为如图7所示的单个件，或者相反地，被制成随后结合或连接以形成抗旋转联接件的单独的件。
如上所述，变速器马达74以悬臂安装的方式被固装至齿轮箱壳体64。变速器马达74包括I/O轴94，该I/O轴94经由设置在主壳体件66中的开口延伸到变速器齿轮箱壳体64的内空腔74中。变速器马达I/O轴94可围绕与行星轴线90基本上同轴由此还由图7所示的上虚线表示的轴线旋转。变速器马达I/O轴94经由太阳齿轮82机械地联接到行星齿轮系统80。在图示的实施方式中，并且仅借助示例，细长的旋转联接件96、98设置在变速器马达I/O轴94与太阳齿轮82之间。细长的旋转联接件96、98包括细长的杆或茎段96，细长的茎段96从太阳齿轮82朝着变速器马达74延伸并且固定地联接到太阳齿轮82(例如，与太阳齿轮82一体地形成)。细长的茎段96经由花键连接器98机械地联接到变速器马达I/O轴94，这样进一步形成细长的旋转联接件96、98。由此，细长的旋转联接件96、98在穿过管状延伸部92设置的通道或纵向开口内延伸，以将变速器马达I/O轴94机械地链接到太阳齿轮82。
分离动力路径变速器齿轮箱62进一步包括以可旋转的方式围绕主路径轴线102(图7)的变速器输入轴100。主动力路径轴线102平行于行星轴线90，但从行星轴线90偏移。当分离动力路径变速器齿轮箱62被装设在工作车辆传动系统内时，变速器输入轴100机械地链接到原动机的输出(诸如图2所示的发动机32的输出轴)。花键适配器件104可连接(例如，经由花键联接件)到变速器输入轴100的第一端部，以方便发动机32(或其它原动机)与变速器输入轴100之间的这种连接。花键适配器件104可从变速器齿轮箱壳体64的外部进出并且可包括具有螺栓孔的凸缘部分，该凸缘部分可直接栓接到发动机32的输出轴或中间轴。在对置的第二端部处，变速器输入轴100进一步机械地联接到辅助PTO轴106(部分地示出)，辅助PTO轴106也可围绕主动力路径轴线102旋转。辅助PTO轴106在与变速器输入轴100的第一端部和变速器马达74相反的方向上从齿轮箱壳体64突出。在一个实施方式中，辅助PTO轴106对应于图2所示的辅助PTO轴40。变速器输入轴100可利用花键连接器108或者以提供输入轴100与PTO轴106之间的抗旋转联接件的另一方式机械地联接到辅助PTO轴106。诸如球轴承110之类的多个滚动元件轴承方便变速器输入轴100和/或辅助PTO轴106围绕主动力路径轴线102旋转。
齿轮构件112从变速器输入轴100的中间部分沿径向延伸。齿轮构件112可与变速器输入轴100一体地形成为单个件，或者相反地，形成为以某一种方式联接到变速器输入轴100的单独的件。齿轮构件112包括外齿周，该外齿周与进一步绕着齿圈88配置且固定地联接到齿圈88的齿形适配器件114啮合。具体地，齿形适配器件114可固装至管状延伸部92，管状延伸部92与齿圈88一体地形成或者以其它方式固定地联接到齿圈88。由此，变速器输入轴100经由齿圈88机械地联接到行星齿轮系统80。共同地，变速器输入轴100和PTO轴106提供穿过分离动力路径变速器齿轮箱62的机械路径，以将旋转运动从原动机(例如，图2所示的发动机32)传递到由工作车辆承载的轴提供动力的器具，同时沿着该路径传递的某一部分动力被抽出并被引导到行星齿轮系统80中。然后，该抽出的动力(再次，本文中被简称为“PO％PM”)可基于变速器马达74当前是以向前驱动模式还是以反向驱动模式操作而施加到主齿轮箱输出(例如，下面描述的可旋转输出构件118)或变速器马达74。
如应该从前述描述中收集到的，齿圈88用作行星齿轮系统80的第一机械输入，以接收如从变速器输入轴100抽出的原动机(诸如工作车辆传动系统12(图2)的发动机32)的一定动力输入(PO％PM)。相比之下，太阳齿轮82用作行星齿轮系统80的第二机械输入(和输出)，以接收变速器马达74的I/O轴94(也可偶尔提供动力输入)的动力输入。最终，齿轮架86用作行星齿轮系统80的机械输出，以驱动进一步包括在分离动力路径变速器齿轮箱62中的可旋转输出构件118的旋转。在说明的示例中，可旋转输出构件118用作分离动力路径变速器齿轮箱62的主输出。因此，当分离动力路径变速器齿轮箱62装设在多速传动装置72上时，可旋转输出构件118可接合或以其它方式联接到图5所示的多速传动装置72的机械输入。联接器齿轮120进一步设置成将旋转运动从围绕行星轴线90旋转的齿轮架86传递到可围绕主动力路径轴线102旋转的可旋转输出构件118。图7中能看出，联接器齿轮120包括细长的茎段部分122，该细长的茎段部分122固定地联接(例如，经由花键界面)到齿轮架86的中央部分。联接器齿轮120进一步包括外齿部分124，该外齿部分124接合可旋转输出构件118的外齿周。诸如球轴承126之类的多个滚动元件轴承进一步配置在齿轮箱壳体64内并被引导至联接器齿轮120，以在齿轮120(和行星齿轮系统80的各种部件)围绕行星轴线90旋转时使摩擦最小化。
如前所述，分离动力路径变速器齿轮箱62允许变速器马达74以向前驱动模式和反向驱动模式选择性地操作。当变速器马达74被向前驱动时，经由太阳齿轮82将变速器马达I/O轴94的旋转传递到行星齿轮系统80。太阳齿轮82的旋转驱动行星齿轮84的旋转，行星齿轮84沿着齿圈88的齿形内周行进。同时，齿圈88的旋转经由齿轮构件112和齿形适配器件114通过变速器输入轴100的旋转进行驱动。齿圈88(由原动机或发动机提供动力)的旋转运动由此与太阳齿轮82(由变速器马达提供动力)的旋转有效地相加，以驱动行星齿轮84和齿轮架86围绕行星轴线90的旋转。然后，齿轮架86的旋转经由联接器齿轮120传递到分离动力路径变速器齿轮箱62的可旋转输出构件118。以这种方式，分离动力路径变速器齿轮箱62由此将在太阳齿轮82处接收的动力输入(POVM)与在齿圈88处接收的动力输入(PO％PM)相加并且经由齿轮架86、联接器齿轮120并最终经由分离动力路径变速器齿轮箱62的可旋转输出构件118将该相加的动力(POVM+PO％PM)施加到工作车辆地面车轮。当分离动力路径变速器齿轮箱62用作工作车辆传动系统12(图2)的变速器齿轮箱38时，可旋转输出构件118可经由前述的多速传动装置48机械地联接到工作车辆地面车轮。
当变速器马达74被反向驱动时，经由变速器输入轴76从原动机(例如，图2所示的发动机32)抽出的过量动力经由行星齿轮系统80返回到变速器马达74。具体地，经由变速器输入轴76抽出的过量动力经由齿轮构件112和齿形适配器件114传递到齿圈88。齿圈88的旋转驱动行星齿轮84的旋转，行星齿轮84的旋转又驱动太阳齿轮82的旋转。然后，太阳齿轮82的旋转经由细长的茎段96和花键连接器98传递到变速器马达I/O轴94。然后，施加至变速器马达74的运动临时转换成储存能量，随后当马达74在向前驱动模式下再次操作时能利用储存能量。通过以这种方式允许变速器马达74的反向驱动，分离动力路径变速器齿轮箱62在某些操作条件下支持工作车辆传动系统的再生功能性。在一个实施方式中，分离动力路径变速器齿轮箱62可允许变速器马达74在多速传动装置的选定齿轮比设定的初始速度范围内的反向驱动，从而为地面车轮提供非步进或无级变速动力输出，如上文结合图4所示。有利地，分离动力路径变速器齿轮箱62在相对紧凑、结构坚固的低零件数量的包装方面提供这样的功能性。
由此提供了非常适合棉花收割机、甘蔗收割机及配备有轴提供动力的器具的其它工作车辆的高效双输出工作车辆传动系统的多个示例实施方式。在双输出工作车辆传动系统的上述实施方式中，利用原动机(例如，发动机)驱动辅助PTO轴和轴提供动力的器具的旋转，同时进一步经由地面车轮输出向工作车辆地面车轮提供基线动力输出。包括变速器马达和变速器齿轮箱的变速器组件在车辆的至少一部分工作地面速度范围内向工作车辆的地面车轮输出提供受控的动力输出。这样的布置有利地允许变速器马达的大小和动力要求被最小化以提高整体工作车辆效率。另外，在其中工作车辆传动系统包含多速传动装置的某些实施方式中，双输出工作车辆传动系统可被构造成至少部分地补偿传动装置齿轮比设定的步进属性，从而产生在工作车辆的至少大部分工作地面速度范围内且可能在工作车辆的基本整个工作地面速度范围内为地面车轮提供动力的无级变速动力输出。还提供了有利地用在双输出工作车辆传动系统内的分离动力路径变速器齿轮箱的实施方式。
虽然已在前述详细描述中呈现了至少一个示例实施方式，但是应该认识到，存在大量的变型。还应该认识到，一个或多个示例实施方式仅是示例，并不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或构造。相反，为了实施本发明示例实施方式的工作，前述详细描述将为本领域技术人员提供方便的路线图。应理解，可在不脱离如随附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下针对示例实施方式中描述的元件的功能和布置作出各种变型。

Claims (19)

1.一种工作车辆传动系统，该工作车辆传动系统包括：
发动机；
辅助动力输出轴，即，辅助PTO轴，所述辅助PTO轴联接到所述发动机并且当被所述发动机驱动时能围绕主动力路径轴线旋转；以及
变速器组件，所述变速器组件包括：
变速器马达；
变速器齿轮箱，所述变速器齿轮箱包含与所述变速器马达和所述辅助PTO轴联接的行星齿轮系统，所述行星齿轮系统能围绕基本上平行于所述主动力路径轴线并从所述主动力路径轴线偏移的行星轴线旋转；以及
经由所述变速器齿轮箱驱动的主齿轮箱输出，
其中，所述变速器齿轮箱允许所述变速器马达以向前驱动模式和反向驱动模式选择性地操作，并且被构造成当驱动车轮输出轴时将所述变速器马达的输出和所述发动机的输出相加。
2.根据权利要求1所述的工作车辆传动系统，其中，所述变速器马达包括变速器马达轴，所述变速器马达轴能围绕与所述行星轴线同轴的轴线旋转。
3.根据权利要求2所述的工作车辆传动系统，所述工作车辆传动系统进一步包括：
可旋转输出构件，所述可旋转输出构件能围绕所述主动力路径轴线旋转；以及
联接器齿轮，所述联接器齿轮能围绕所述行星轴线旋转并且将所述行星齿轮系统机械地联接到所述可旋转输出构件。
4.根据权利要求3所述的工作车辆传动系统，其中，所述可旋转输出构件具有从中穿过的纵向通道，所述辅助PTO轴延伸穿过所述纵向通道。
5.根据权利要求1所述的工作车辆传动系统，所述工作车辆传动系统进一步包括变速器输入轴，所述变速器输入轴机械地联接在所述发动机与所述行星齿轮系统之间。
6.根据权利要求5所述的工作车辆传动系统，其中，所述辅助PTO轴以抗旋转的关系联接到所述变速器输入轴。
7.根据权利要求5所述的工作车辆传动系统，其中，所述行星齿轮系统包括第一太阳齿轮，所述第一太阳齿轮抗旋转地固定到所述变速器马达轴。
8.根据权利要求5所述的工作车辆传动系统，其中，所述行星齿轮系统包括：
一组行星齿轮；以及
齿轮架，所述齿轮架支撑所述一组行星齿轮并且用作所述行星齿轮系统的机械输出。
9.根据权利要求5所述的工作车辆传动系统，其中，所述行星齿轮系统包括齿圈，所述变速器输入轴经由所述齿圈联接到所述行星齿轮系统。
10.根据权利要求9所述的工作车辆传动系统，所述工作车辆传动系统进一步包括：
管状延伸部，所述管状延伸部固定地联接到所述齿圈并且具有从中穿过的纵向通道；以及
细长的旋转联接件，所述细长的旋转联接件在所述纵向通道内延伸以将所述变速器马达机械地联接到所述行星齿轮系统。
11.根据权利要求1所述的工作车辆传动系统，其中，所述工作车辆传动系统被构造成部署在具有工作地面速度范围的工作车辆上，并且其中所述工作车辆进一步包括：
传动装置，所述传动装置具有多种步进齿轮比设定；以及
控制器，所述控制器操作地联接到所述发动机、所述传动装置和所述变速器马达，所述控制器被构造成控制所述变速器马达以至少部分地线性化所述传动装置的所述步进齿轮比设定。
12.根据权利要求11所述的工作车辆传动系统，其中，所述控制器控制所述发动机以在所述工作车辆的至少大部分工作地面速度范围内基本上保持恒定速度。
13.一种用于具有发动机的工作车辆的变速器组件，该变速器组件包括：
变速器马达；以及
变速器齿轮箱，所述变速器齿轮箱包括：
齿轮箱壳体，所述变速器马达被安装至所述齿轮箱壳体；
变速器输入轴，所述变速器输入轴在所述变速器齿轮箱壳体中延伸并且能相对于所述变速器齿轮箱壳体围绕主动力路径轴线旋转；
行星齿轮系统，所述行星齿轮系统被配置在所述变速器齿轮箱壳体内，机械地联接到所述变速器马达和所述变速器输入轴，并且能围绕基本上平行于所述主动力路径轴线并从所述主动力路径轴线偏移的行星轴线旋转；以及
经由所述变速器齿轮箱驱动的主齿轮箱输出，
其中，所述变速器齿轮箱允许所述变速器马达以向前驱动模式和反向驱动模式选择性地操作，并且被构造成当驱动车轮输出轴时将所述变速器马达的输出和所述发动机的输出相加。
14.根据权利要求13所述的变速器组件，其中，所述变速器马达包括变速器马达输入/输出轴，即，变速器马达I/O轴，所述变速器马达I/O轴能围绕与所述行星轴线同轴的轴线旋转。
15.根据权利要求13所述的变速器组件，其中，所述行星齿轮系统包括：
齿圈，所述变速器输入轴经由所述齿圈机械地联接到所述行星齿轮系统；以及
太阳齿轮，所述变速器马达经由所述太阳齿轮机械地联接到所述行星齿轮系统。
16.根据权利要求15所述的变速器组件，其中，所述行星齿轮系统进一步包括：
一组行星齿轮，所述一组行星齿轮接合所述齿圈和所述太阳齿轮；以及
齿轮架，所述齿轮架支撑所述一组行星齿轮并且用作所述行星齿轮系统的机械输出。
17.根据权利要求16所述的变速器组件，所述变速器组件进一步包括：
可旋转输出构件，所述可旋转输出构件能围绕所述主动力路径轴线旋转；以及
联接器齿轮，所述联接器齿轮能围绕所述行星轴线旋转并且将所述齿轮架机械地联接到所述可旋转输出构件。
18.一种用于具有发动机的工作车辆的变速器齿轮箱，该变速器齿轮箱包括：
齿轮箱壳体；
变速器输入轴，所述变速器输入轴在所述变速器齿轮箱壳体中延伸并且能相对于所述变速器齿轮箱壳体围绕主动力路径轴线旋转；
行星齿轮系统，所述行星齿轮系统被配置在所述变速器齿轮箱壳体内并且能围绕基本上平行于所述主动力路径轴线并从所述主动力路径轴线偏移的行星轴线旋转；以及
经由所述变速器齿轮箱驱动的主齿轮箱输出，
其中，所述变速器齿轮箱允许变速器马达以向前驱动模式和反向驱动模式选择性地操作，并且被构造成当驱动车轮输出轴时将所述变速器马达的输出和所述发动机的输出相加。
19.根据权利要求18所述的变速器齿轮箱，其中，所述行星齿轮系统包括齿圈，所述变速器输入轴经由所述齿圈机械地联接到所述行星齿轮系统。
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